Назначение, конструкция, принцип действия и режимы работы асинхронной машины

Асинхронные машины получили наиболее широкое распространение в современных электрических установках и являются самым распространённым видом бесколлекторных электрических машин переменного тока. Как и любая электрическая машина, асинхронная машина может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Однако преобладающее применение имеют асинхронные электродвигатели, составляющие основу современного электропривода. Мощность асинхронных двигателей составляет диапазон от долей ватта до тысяч киловатт при напряжении от десятков вольт до десятков тысяч киловольт. Наибольшее применение получили трёхфазные асинхронные двигатели, работающие от сети 50 Гц. Также используют и специальные асинхронные двигатели, работающие на частотах 200 Гц, 400 Гц и более.

Асинхронная машина состоит из неподвижной части (статора) и подвижной части (ротора). Статор имеет трёхфазную обмотку, расположенную в пазах магнитопровода; при включении которой в сеть возникает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого

n1 = f1/p×60.

В расточке статора расположен ротор, состоящий из вала, сердечника и обмотки. Обмотка ротора представляет собой несколько стержней, уложенных в пазах сердечника и замкнутых с двух сторон кольцами («беличье колесо»).

Важным параметром асинхронной машины является скольжениеs – величина, характеризующая разность частот вращения ротора и вращающегося поля статора:

s = (n1-n2)/n1.

Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне 0˂s≤1, а генератора – в диапазоне -∞˂s≤0.

В соответствии с принципом обратимости электрических машин асинхронные машины могут работать в следующих режимах:

1) Двигательный режим - при этом обмотка статора включается в сеть трёхфазного тока и возникающее в ней вращающееся магнитное поле, сцепляясь с короткозамкнутой обмоткой ротора, наводит в ней ЭДС. При этом в стержнях обмотки появляются токи, взаимодействие которых с вращающимся магнитным полем приводит к возникновению на роторе электромагнитных сил. Совокупность этих сил создаёт вращающий момент, под действием которого ротор асинхронного двигателя приходит во вращение с частотой n2˂n1 в сторону вращения поля статора. Если вал асинхронного двигателя механически соединить с валом какого-либо исполнительного механизма, то вращающий момент двигателя М, преодолев противодействующий (нагрузочный) момент Мнагр исполнительного механизма, приведёт его во вращение. Т. о., электрическая мощность Р1, поступающая из сети в обмотку статора, преобразуется в механическую мощность Р2 вращения вала двигателя.

2) Генераторный режим - при этом обмотку статора асинхронной машины включают в сеть трёхфазного тока, а ротор вращают посредством приводного двигателя в направлении вращения магнитного поля статора с частотой n2˃n1, (частота вращения ротора больше частоты вращения поля статора) то ротор будет обгонять поле статора и скольжение s будет отрицательным, а ЭДС, наведённая в обмотке статора изменит своё направление. В этом случае механическая мощность приводного двигателя Р1 будет преобразована в электрическую активную мощность Р2 переменного тока. Особенность работы асинхронного генератора состоит в том, что вращающееся магнитное поле в нём создаётся реактивной мощностью Q трёхфазной сети, в которую включен генератор и в которую он отдаёт вырабатываемую активную мощность Р2.

3) Режим торможения противовключением – возникает у работающего асинхронного двигателя, если поменять местами любую пару подходящих к статору из сети проводов. При этом вращающееся поле статора изменит направление на противоположное, а ротор под действием сил инерции будет вращаться в прежнем направлении (поле статора и ротор будут вращаться в противоположных направлениях) и поле статора будет оказывать на ротор тормозящее действие. Скольжение асинхронной машины в режиме электромагнитного торможения будет:

s = [n1-(-n2)]/n1 = [n1+n2]/n1˃1.